Mechanized shaft sinking system

Development of mineral deposits located at significant depth may be carried out by means of vertical shafts. Shaft sinking technology usually requires a number of works to be carried out, including the selection of appropriate excavating techniques adapted to geological and hydrological conditions, including natural hazards. The production technology and the machines used determine the level of sinking costs and execution period. The article discusses the excavating technologies currently used across the world. Then the assumptions, concept and construction of a new generation of shaft sinking system were presented. The proposed new solution of the system and the excavating technology allow for parallel execution of key processes related to winning, loading, transport and shaft wall-side lining, which significantly increases the progress of sinking. The shaft sinking system was created by scientists from AGH in cooperation with KOPEX – Przedsiębiorstwo Budowy Szybów S. A. and Instytut Techniki Górniczej KOMAG.

Znaczący wpływ na wybór systemu wykonywania szybu, jak i metody drążenia ma przyjęta technika urabiania. Można wyróżnić dwie techniki drążenia szybów: tradycyjną metodę górniczą czyli wiertniczo-strzelniczą oraz technikę mechanicznego urabiania dna szybu. Głównym czynnikiem determinującym wybór metody urabiania są własności fizykomechaniczne urabianych skał. Jednak istotne są również możliwości techniczno-ekonomiczne i organizacyjne. Stosowane obecnie i w przeszłości technologie głębienia szybów, niezależnie od stopnia zmechanizowania poszczególnych procesów charakteryzują się szeregiem wad, głównie w aspekcie urabiania w górotworze trudnourabialnym. Uzyskiwane rezultaty nie spełniają oczekiwań przyszłego użytkownika tak w zakresie stopnia mechanizacji procesów jak i postępów drążenia. Na podstawie przeprowadzonej analizy, uwzględniając jednocześnie oczekiwania przyszłego użytkownika stwierdzono, że konieczne jest poszukiwanie nowego rozwiązania, w postaci unikatowego kompleksu szybowego urabiająco-odstawczego. Mając na uwadze powyższe jak również zapotrzebowanie rynku na w pełni zmechanizowany system, zaproponowano koncepcję nowej generacji kompleksu szybowego. Kompleks ten będzie realizował równolegle procesy urabiania, ładowania i transportu urobku oraz montażu obudowy szybowej. Spełnienie tego założenia wymagało zaprojektowania zupełnie nowego systemu maszyn. Przedmiotowy kompleks przedstawiono schematycznie na rysunkach 1 i 2. Dla przyjętych założeń konstrukcyjnych maszyny takich jak: • zabiór organu urabiającego (szerokość urabianej warstwy) wynosząca Z = 0,8 m, • głębokość urabiania warstwy skalnej wynosząca Hu = 0,3 m. oraz ustalonych parametrów geometrycznych szybu i prędkości urabiania, przeprowadzono między innymi analizę możliwego do uzyskania postępu drążenia. Wyniki tej analizy wskazują, że zastosowanie proponowanego kompleksu szybowego pozwoli na osiągniecie postępu drążenia dochodzącego do 3,3 m/dobę. Drążenie wyrobisk szybowych jest procesem trudnym i skomplikowanym. Uwzględniając dodatkowo określone przez użytkownika wymiary szybu, czyli średnica około 9 m i głębokość około 850 m, należy liczyć się z trudnościami związanymi z wprowadzeniem zupełnie nowej maszyny urabiającej, zespołu ładowania i odstawy urobku oraz zespołu montażu obudowy przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczeństwa załogi. Przedstawiony w artykule projekt rozwiązania kompleksu szybowego spełnia postawione wymagania w zakresie założonych warunków pracy maszyn i urządzeń jak i możliwości realizacji procesów pomocniczych (zabezpieczanie wyrobisk, odwodnienie, mrożenie) nie związanych bezpośrednio z podstawowymi funkcjami kompleksu (urabianie, ładowanie, transport, zabezpieczenie ociosów). Szeroko przeprowadzona analiza efektywności przedmiotowego rozwiązania wykazała możliwość osiągnięcia dużego postępu, który spełnia postawione założenia. Przedmiotowy kompleks szybowy charakteryzuje budowa modułowa z szerokimi możliwościami modyfikacji co przekłada się na wiele wariantów dostosowanych nie tylko do różnych średnic, ale także różnych warunków pracy, potrzeb i wymagań przyszłych użytkowników. Kompleks ten znacznie różni się od dostępnych na rynku i znanych z literatury zestawów maszyn do drążenia szybów.